LE MOLECOLE BIOLOGICHE O BIOMOLECOLE. Costituiscono le strutture presenti negli organismi viventi

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2 LE MOLECOLE BIOLOGICHE O BIOMOLECOLE Costituiscono le strutture presenti negli organismi viventi

3 GLICIDI o ZUCCHERI o CARBOIDRATI Caratteristiche: Sono composti chimici costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno. Sono molto abbondanti in natura. Hanno sapore dolce. Funzioni: Strutturale: costituiscono strutture essenziali per gli organismi viventi (funzione di sostegno, soprattutto nei vegetali cellulosa) Energetica: forniscono energia per svolgere tutte le funzioni dell'organismo Protezione: costituiscono l esoscheletro degli invertebrati (chitina) Organismi autotrofi (Es. piante): sintetizzano zuccheri (glucosio) a partire da componenti inorganici quali acqua e CO 2 mediante il processo di fotosintesi clorofilliana. Organismi eterotrofi (Es. animali): soddisfano il fabbisogno energetico nutrendosi di alimenti che contengono zuccheri. Ecco alcuni esempi: frutta e miele -> fruttosio; glucosio barbabietola da zucchero, zucchero di canna -> saccarosio latte e latticini -> lattosio cereali (pane, pasta, riso), tuberi (patate) e legumi -> amido carne e pesce -> glicogeno

4 Monosaccaridi (formati da 1 molecola di zucchero) 5C 6C I diversi tipi di glicidi Ribosio Desossiribosio Componenti degli acidi nucleici Glucosio principale fonte di energia Fruttosio si trova nella frutta Galattosio Disaccaridi (formati da 2 molecole di zucchero) Polisaccaridi (formati da più di 20 molecole di glucosio) Glucosio + fruttosio Saccarosio (comune zucchero da cucina) Glucosio + glucosio Maltosio (deriva da digestione dell amido) Glucosio + galattosio Lattosio (in latte e latticini) Amido riserva energetica nei vegetali (cereali, tuberi, legumi) si accumula in amiloplasti nella cellula vegetale si trova nei semi e nelle radici Glicogeno riserva energetica negli animali si accumula in muscoli e fegato Cellulosa funzione di sostegno nei vegetali si trova nella parete cellulare delle cellule vegetali può essere digerita solo dagli erbivori è il composto organico più abbondante sulla Terra

5 Pag. 68 Aspetti generali I glucidi sono composti ternari C, H, O Sono anche detti carboidrati o zuccheri Sono i costituenti più abbondanti nelle cellule vegetali Vengono sintetizzati grazie alla fotosintesi clorofilliana Nel corpo umano costituiscono soltanto l 1% del peso corporeo

6 CARBOIDRATI Gli zuccheri, gli amidi e la cellulosa: costituiscono una riserva di Energia, Se si tratta di una sola molecola di zucchero: monosaccaride Se due molecole legate con legame glucosidico: disaccaride Se più molecole: polisaccaride I monosaccaridi sono gli zuccheri più semplici formati da 3 a 7 atomidi C Il composto a 3C più comune: gliceraldeide 5C: ribosio e desossiribosio 6C: glucosio, fruttosio e galattosio: esosi Disaccaridi: Maltosio: 2 glucosio, saccarosio: 1 glucosio ed un fruttosio, lattosio, 1 Glucosio ed 1 galattosio Condensazione ed idrolisi

7 Pag. 69 Classificazione dei glucidi

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9 I monosaccaridi

10 I monosaccaridi Sono solubili in acqua Hanno aspetto cristallino e colore bianco Sono dolci Formula generale: C 6 H 12 O CnH2nOn 6

11 Glucosio, fruttosio, galattosio Sono isomeri strutturali Glucosio: è il glucide più importante in natura si trova nella frutta e nei vegetali nel sangue umano mg/100 Fruttosio: è lo zucchero della frutta presente anche nel miele Galattosio: non si trova allo stato libero ma combinato (è un costituente del lattosio e di alcuni glucidi complessi)

12 I disaccaridi Il legame tra due monomeri glucidici è detto legame glucosidico, può essere: di tipo α (i due OH sono sotto il piano della molecola) di tipo β (uno dei due OH è sotto il piano della molecola, l altro sopra) Sono bianchi, cristallini, dolci e idrolizzabili

13 I disaccaridi

14 Saccarosio, maltosio, lattosio Saccarosio (glucosio + fruttosio): è lo zucchero da tavola si ottiene dalla barbabietola e dalla canna da zucchero Maltosio (glucosio + glucosio): è lo zucchero del malto si ottiene per idrolisi dell amido Lattosio (glucosio + galattosio): è lo zucchero del latte per fermentazione lattica dà acido lattico

15 Lattosio β-d-galattosio-(1-4)-β-d-glucosio Saccarosio β-d-fruttosio-(1-2)-α-d-glucosio Trealosio α-d-glucosio-(1-1)-α-d-glucosio

16 glucosio glucosio maltosio

17 I polisaccaridi: classificazione In base alla composizione chimica: omopolisaccaridi, ad es. amido, glicogeno, cellulosa eteropolisaccaridi, ad es. emicellulosa, pectina In base alla funzione: di riserva, ad es. amido, glicogeno strutturale, ad es. cellulosa, chitina In base agli aspetti nutrizionali: disponibili, ad es. amido non disponibili, ad es. cellulosa, emicellulosa fibra

18 Amido È la riserva energetica più importante dei vegetali Si accumula nei semi e nei tuberi È formato da due polisaccaridi: amilosio lineare amilopectina ramificato

19 Amido Ramificazione Punto ramificazione Catena principale

20 Glicogeno è il più importante zucchero di riserva animale Polimero del glucosio forma ramificata Si accumula nel fegato e nei muscoli

21 Possediamo enzimi salivari, pancreatici e intestinali che scindono i legami α1-4 interni, α1-4 terminali e α1-6. Non possediamo enzimi che frammentano i legami β1-4 della cellulosa Glicogeno

22 Glicogeno Ramificazione Punto ramificazione Catena principale

23 Cellulosa Polimero del glucosio con legami β-glucosidici non è digeribile dall organismo umano Ha forma lineare Conferisce rigidità ai tessuti vegetali

24 Eteropolisaccaridi Emicellulose: Struttura per lo più ramificata Ad es. xilani, mannani, galattani, ecc. Pectine: Sono molto abbondanti nella frutta In soluzione acida e con zuccheri gelificano marmellata Glicoproteine: Svolgono ruoli biologici complessi Ad es. fibrinogeno, collagene, immunoglobuline, ecc.

25 La fibra alimentare

26 Funzioni della fibra alimentare

27 Catene polisaccaridica non-ramificata ramificata

28 Granuli di amido Fotografia al microscopio elettronico di un cloroplasto

29 granuli di glicogen o Fotografia al microscopio elettronico di un epatocita Granuli di glicogeno

30 Pag. 80 La digestione e l'assorbimento dei glucidi

31 Pag. 81 Il destino metabolico dei glucidi Il destino metabolico dei glucidi coincide in gran parte con quello del glucosio Nel processo ossidativo del glucosio si distinguono tre tappe: la glicolisi il ciclo di Krebs la fosforilazione ossidativa Complessivamente: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6 CO H 2 O +38 ATP

32 Pag. 82 La glicolisi È una via metabolica molto antica, presente in tutte le forme viventi glucosio 2 acido piruvico + 2 ATP Si compie nel citoplasma cellulare

33 Pag. 83 Destini metabolici dell acido piruvico

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35 11 reazioni in successione lineare costituiscono il pathway della glicolisi. Il glucosio viene ossidato lentamente per produrre due tronconi da 3 atomi di carbonio: piruvato Se il NADH viene rigenerato a livello mitocondriale allora ogni NADH genererà 3 ATP (glicolisi aerobia)

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42 1 glucosio6p 2 3 fruttosio6p 4 Fruttosio1,6bisP 9 8 3Pglicerato 7 1,3 bisfosfoglicerato 6 5 gliceraldeide3p idrossiacetone3p 11 reazioni in successione lineare costituiscono il pathway della glicolisi. fosfenolpiruvato Il glucosio viene ossidato lentamente per produrre due tronconi da 3 atomi di carbonio: piruvato

43 Riossidazione del NADH+H + nella glicolisi Anaerobica. Muscolo in attività, globulo rosso.

44 Lattico deidrogenasi, enzima che riduce il piruvato a lattato, usa NADH e produce NAD+, Ma catalizza anche la reazione inversa, esiste in 5 isoforme diverse che si originano dalla diversa aggregazione delle 2 subunità di cui è formata M e H in una struttura quaternaria composta da 4 subunità.

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51 Glucosio

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67 La regolazione del metabolismo dei carboidrati viene fatto essenzialmente a livello degli enzimi che regolano la sintesi e il catabolismo del glucosio e del glicogeno, mediante modificazioni covalenti di questi enzimi (fosforilazione/defosforilazione) e attraverso stimolazione o inibizione da cofattori come l ATP e l AMP. O da intermedi delle vie metaboliche come il citrato o l AcetilCoA. Esiste una regolazione ormonale essenzialmente a carico di Insulina e Glucagone (adrenalina soprattutto per i muscoli). L insulina è una piccola proteina prodotta dalle cellule B del pancreas in risposta all innalzamento della glicemia. Il glucagone si produce invece in risposta all ipoglicemia, nelle cellule alfa dello stesso pancreas. Lo stress e il movimento fanno produrre l adrenalina dalla ghiandola surrenale.

68 Pag. 84/1 Il ciclo di Krebs È un insieme di sequenze cicliche Avviene nella matrice mitocondriale Molti prodotti intermedi vengono impiegati in altre vie metaboliche

69 Pag. 84/2 La fosforilazione ossidativa È un insieme di reazioni che porta alla liberazione di energia sotto forma di ATP Avviene nelle creste mitocondriali L idrogeno proveniente dal ciclo di Krebs si lega all ossigeno per formare acqua

70 Pag. 85/1 Le funzioni dei glucidi 1 g di glucidi = 4 kcal La principale funzione dei glucidi è quellaenergetica I glucidi forniscono energia di rapido utilizzo Funzione di riserva si accumulano sotto forma di glicogeno nei muscoli e nel fegato, in caso di necessità il glicogeno è idrolizzato e libera glucosio Alcuni glucidi svolgono un ruolo plastico, come ad es. il galattosio e il ribosio Funzione protettiva: sono necessari per un corretto utilizzo dei grassi, che in carenza di glucidi si ossidano, dando luogo ai cosiddetti corpi chetonici, tossici per il nostro organismo

71 Pag. 85/2 Il fabbisogno glucidico Si consiglia un apporto giornaliero di glucidi pari al 55-65% dell energia totale, di cui 45-55% amido e non più del 10% di glucidi semplici L eccesso di glucidi obesità La carenza di glucidi eccessivo catabolismo di proteine, perdita di sodio, marasma